随着我国西部大开发战略、十三五规划以及“一带一路”政策的相继推进,环境地质与工程地质问题在我国中部和西北部的黄土分布区显得愈发突出。土体微细观结构的量变积累到一定程度后突破某一临界状态即表现为宏观变形、破坏。通过对黄土微观结构特征进行研究并对其宏观力学特性进行解释与预测是现阶段黄土研究的主要方向之一。虽然早期的学者对黄土的微观结构做了很多探索,但亟需对黄土结构性尤其是微结构更为详尽的阐述。黄土微结构包含颗粒组成、孔隙结构以及土颗粒的联结特征等,其中颗粒是黄土结构的核心和灵魂。组成黄土的矿物颗粒包含毫米级、微米级、亚微米级和纳米级的颗粒组合,从宏观到微观跨越了6个数量级,而以往对黄土颗粒的研究却大多只止步于粘粒。本文基于黄土粘粒级以下的亚微米-纳米级颗粒在黄土微观结构中的赋存,围绕黄土微-纳尺度的微结构特征系统开展了一系列试验研究。通过筛分-分散-沉降-风干的过程和方法对黄土进行了颗粒分离试验,得到粉粒级和细粒级两个组分的土样。采用智能超景深显微镜、扫描电子显微镜对黄土进行镜下观察,从颗粒的角度观察发现黄土中的细颗粒的赋存形式大多是与其它颗粒形成“团聚体”结构或外包于粉粒和团聚体表面形成“颗核-颗衣”结构。从孔隙的角度观察黄土中亚微米纳米级颗粒的赋存情况,发现与黄土中亚微米纳米级颗粒相关的团聚体内孔隙和与粉粒级颗粒相关的团聚体间孔隙共同组成了黄土的双重孔隙结构。就断面和切片两种制样方法,借助扫描电镜内置的mapping面扫描功能获取黄土样品的矿物元素分布,从外表和内部同时揭示颗粒和团聚体的组成,并初步讨论了黄土颗粒组成及其细颗粒物质在黄土结构中的作用。最后,评估纳米二氧化硅材料改性黄土的水理性质,进行了原状、重塑土样在天然含水率和干密度状态下的稠度试验、渗透试验、湿陷试验和离心脱水试验,试验结果表明添加纳米二氧化硅对黄土的水理性质有一定的改善作用。